اینجا زایشگاه مجازی ستارگان واقعی است

اخترفیزیکدان‌ها، مدلی شگفت‌آور و کاربردی از نحوه تولد ستارگان ساخته‌اند که «استارفورج» (Starforge) نام دارد. استارفورج که به معنای «تشکیل ستارگان در محیط‌های گازی» است را تیمی از دانشگاه نورت‌وسترن طراحی کرده است. به گفته آن‌ها، این بالاترین حد وضوح تصویر در شبیه‌سازی تولد ستارگان است که تاکنون طراحی شده است. 

این چارچوب محاسباتی می‌تواند کل یک سحابی یعنی ابرِ گازی را شبیه‌سازی کند که از شبیه‌سازی‌های قبلی، صد مرتبه بزرگتر است. موضوعی که به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا ضمن محاسبه بازخوردهای ستاره‌ای (stellar feedback) شامل فوران‌ها، تابش، بادهای ستاره‌ای و فعالیت‌های مجاور ابرنواخترها، بتوانند شکل‌گیری، تکامل و حرکت ستارگان را شبیه‌سازی کنند.

شبیه‌سازی‌های قبلی می‌توانستند این نوع بازخوردها را به صورت جداگانه با هم تلفیق کنند اما این شبیه‌سازی به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا ببینند که این بازخوردهای ستاره‌ای چگونه با یکدیگر برهمکنش می‌کنند و بتوانند ژرفترین رازهای جهان هستی را واکاوی کنند: چرا شکل‌گیری ستارگان تا این حد آهسته و پر از اتلاف است؟ چه چیزی جرم ستاره را تعیین می‌کند و چه چیزی باعث می‌شود که به شکل خوشه در بیایند؟

کلاود-آندره فوچه گیگری از دانشگاه نورت‌وسترن می‌گوید: «این که ستارگان چطور تشکیل می‌شوند، یکی از پرسش‌های اصلی در اخترفیزیک است. این سوال، به دلیل دامنه بزرگی از فرایندهای فیزیکی که در آن دخیل هستند، برای پژوهش یک پرسش بسیار چالش‌برانگیز محسوب می‌شود. این شبیه‌سازی جدید به ما کمک خواهد کرد به پرسش‌های اساسی که پیش از این برای آن‌ها جواب قطعی نداشتیم، پاسخ سرراستی بدهیم.» 

شکل‌گیری ستارگان ممکن است ده‌ها میلیون سال به طول بینجامد و با وجود آن که دانشمندان به صورت مداوم آسمان شب را رصد می‌کنند اما در هر زمان، فقط بخشی از این فرایند را مشاهده می‌کنند. 

مایکل گرودی از دانشگاه نورت‌وسترن که به انجام این پژوهش کمک کرده است، می‌گوید: «چند دهه است که شبیه‌سازی مراحل تشکیل ستارگان انجام می‌شود، اما استارفورج یک خیز و جهش کوانتومی در فناوری است. مدل‌های دیگر فقط می‌توانستند بخش‌های کوچکی از سحابی را که ستارگان در آن‌ها شکل می‌گیرند شبیه‌سازی کنند؛ نه کل ابرهای ستاره‌ای در مقیاس وضوح تصویر بالا را. ما بدون مشاهده تصویری بزرگ، بسیاری از عوامل را که ممکن است در فرجام ستارگان تاثیرگذار باشند از دست می‌دهیم. وقتی که شکل‌گیری ستارگان در هر ناحیه مشخص را مشاهده می‌کنیم، تمام آنچه که می‌بینیم، نواحی شکل‌گیری ستارگان است که با گذشت زمان بی‌حرکتند. از این گذشته، ستارگان درون ابرهایی از غبار شکل می‌گیرند. و از این رو، اغلب پنهان و غیرقابل مشاهده‌اند.»

این مدل شبیه‌سازی به قدری عظیم است که راه‌اندازی آن بسیار زمان‌بر است. گاهی راه‌اندازی فقط یک شبیه‌سازی در یکی از بزرگترین ابررایانه‌های جهان (در مرکز محاسبات پیشرفته تگزاس) سه ماه طول می‌کشد.

نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که توده‌ای از گاز -با جرمی از ۱۰ برابر تا میلیون‌ها برابر بزرگتر از جرم خورشید- در بین کهکشان در گردش است. با تغییر و تکامل گاز، ساختارهایی تشکیل می‌شود که سرانجام رمبش (هجوم ناگهانی یک ماده به درون ) می‌کنند و فرو می‌پاشند و ستارگان جداگانه و مجزایی از خود به جای می‌گذارند. آن ستارگان از دو قطب خود، فوران‌هایی از گاز بیرون می‌دهند، ابرهای مجاور را در می‌نوردند و این مرحله تنها زمانی به پایان می‌رسد که دیگر گازی برای تولید ستاره باقی نمانده باشد. این مدل قبلا برای تایید حدس و گمان‌های دانشمندان در خصوص شکل‌گیری ستارگان مورد استفاده قرار گرفته بود. این فوران‌های گازی برای قطع جریان ورودی گازها ضروری هستند. 

گرودی می‌گوید: «آن‌ها در اصل گازهایی را به بیرون فوران می‌کنند که به درون ستاره وارد می‌شوند و جرم آن را افزایش می‌دهند. ما حدس می‌زدیم که چنین پدیده‌ای رخ می‌دهد اما با شبیه‌سازی کل این سامانه، اینک به درکی درست از سازوکار آن دست یافته‌ایم.»

دانشمندان می‌گویند که با فهم بهتر نحوه شکل‌گیری ستارگان می‌توانند درباره شکل گیری کهکشان از ستارگان، درک بهتری داشته باشند؛ فهم بهتری از این که جهان هستی از چه و چگونه شکل گرفته است.

این مطالعه با عنوان «استارفورج: درباره مدل عددی جامع از بازخورد ستاره‌ای و تشکلی خوشه‌های ستاره‌ای»، برای انتشار در مجله «مانتلی نوتیسز آو رویال آسترونومیکا سوسایتی» (اطلاعیه‌های ماهانه انجمن سلطنتی نجوم) پذیرفته شده است.